10. Шарикоподшипниковая сталь

Шарикоподшипниковая сталь прежде всего должна обладать высокой твердостью, поэтому применяют высокоуглеродистые стали типа инструментальной (иногда низкоуглеродистые в цементованном состоянии). Чтобы шарикоподшипниковая сталь легко принимала закалку (т. е. имела низкую критическую скорость закалки) и в качестве закалочной среды для нее можно было бы применять масло, сталь легируют (обычно хромом).

Государственный стандарт предусматривает четыре марки шарикоподшипниковой стали (табл. 41).

Таблица 41. (см. скан) Состав шарикоподшипниковой стали, % (ГОСТ 801-78)

Обозначение марки надо расшифровывать так: шарикоподшипниковая хромистая; цифра показывает примерное содержание хрома в десятых долях процента. Хром, как указывалось, вводят для обеспечения необходимой прокаливаемости. Следовательно, чем меньше размер закаливаемой детали подшипника, тем меньше может быть содержание хрома в стали.

Рекомендуется шарики и ролики диаметром до 13,5 и 10 мм изготавливать из стали шарики диаметром мм и ролики диаметром 10—15 мм — из стали наконец, шарики диаметром 22,5 мм и ролики диаметром 15—30 мм — из стали Из этой же стали следует изготавливать кольца всех размеров за исключением очень крупных; ролики диаметром свыше 30 мм и кольца с толщиной стенки свыше 15 мм — из стали марки в которую, кроме хрома, вводят легирующие элементы — кремний и марганец, увеличивающие прокаливаемость.

По своей природе перечисленные хромистые стали близки к углеродистым сталям примерно с 1 % С. Хром растворим в обеих фазах отожженной стали — в феррите и цементите. Легированный хромом цементит медленнее растворяется в аустените, а аустенит, содержащий хром, медленнее распадается, чем и объясняется меньшая критическая скорость закалки этих сталей по сравнению с углеродистым (табл. 42).

Таблица 42. (см. скан) Критическая скорость охлаждения шарикоподшипниковых сталей и критический диаметр шариков (роликов)

К шарикоподшипниковым, сталям предъявляют весьма высокие требования в отношении чистоты по неметаллическим включениям и карбидной ликвации. Дело в том, что нагрузка в шарикоподшипнике является локальной, и если в точках касания шарика (ролика) и кольца в загрязненной или неоднородной стали окажется то или иное включение, то может произойти местное разрушение (выкрашивание), а вследствие этого долговечность работы подшипника резко снизится. Поэтому согласно ГОСТ 801-78 каждая плавка в любом профиле проката тщательно контролируется на наличие пористости, неметаллических включений, на карбидную ликвацию, строчечность, сетку. Для всех этих дефектов составлены шкалы (четырех- и пятибальные системы), по которым оценивается пригодность стали.

Термическая обработка деталей шарикоподшипника (шарики, ролики, кольца) состоит из двух основных операций — закалки и отпуска. Закалку проводят в масле, температура нагрева 830-840 °С с последующим отпуском при 150—160 °С в течение 1-2 ч, что обеспечивает получение твердости не ниже Структура должна представлять собой отпущенный очень мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными избыточными карбидами (рис. 302). Несоблюдение правильных температурных режимов термической обработки, которые задаются в узких пределах, ухудшает качество подшипников, что отражается на их стойкости в работе.

Рис. 302. Структура стали после закалки и отпуска,

Так, небольшой перегрев при закалке приводит к огрублению структуры, укрупнению игл мартенсита. Это охрупчивает сталь и является совершенно недопустимым. Отпуск при температуре более высокой, чем 150—160 °С, снижает твердость и уменьшает сопротивление износу деталей подшипников. В стали — наиболее распространенной шарикоподшипниковой стали — при закалке часто фиксируется повышенное количество остаточного аустенита (порядка который при последующей эксплуатации может превратиться в мартенсит и вызвать нежелательное изменение объема. Чтобы этого избежать, прецизионные (особо точного изготовления) подшипники подвергают обработке холодом с осаждением до в соответствии с положением точки . Кроме перечисленных, для некоторых подшипников особого назначения применяют стали других марок.

Для очень крупных роликовых подшипников диаметром от 0,5 до 2 м (и для колец, и для роликов) применяют сталь (состав см. табл. 31). Ролики и кольца, изготовленные из этой стали, подвергают цементации на очень большую глубину (глубина цементации 5—6 мм, продолжительность цементации 120—160 ч) и затем сложной термической обработке, в конечном итоге приводящей к структуре: на поверхности — мартенсит карбиды, в центре — малоуглеродистый мартенсит.

Для подшипников, работающих в химически агрессивных средах, наибольшее применение получила сталь остальное марганец, кремний, сера, фосфор и т. д. в обычных пределах). Высокое содержание хрома необходимо для придания стали высокого сопротивления коррозии. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, в растворах азотной и уксусной кислот, в различных органических средах, но имеет плохую стойкость в смеси азотной и серной кислот.

Подшипники, подвергаемые в процессе эксплуатации значительным нагревам (до 400-500°С), изготавливают из сталей типа быстрорежущих (см. ниже). Обычно применяют сталь но с пониженным содержанием углерода и ванадия. Снижение углерода необходимо для уменьшения карбидной ликвации, снижающей долговечность подшипника. Обработку такой стали проводят по режимам термической обработки инструментов из быстрорежущих сталей, о чем будет сказано дальше.